allgemeine und anorganische Chemie (Fach) / Allgemeine und Anorganische Chemie Kapitel 1 Atombau (Lektion)

Grundlagen!

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• Was besagt Daltons Atomtheorie? Chemische Elemente bestehen aus kleinsten, nicht weiter zerlegbaren Teilchen, den Atomen.   alle Atome eines Elementes sind einander gleich, besitzen also gleiche Masse und gleiche Gestalt.  Atome verschiedener Elemente haben unterschiedliche Eigenschaften. Jedes Element besteht also nur aus einer für das Element spezifischen Atomsorte (z. B. Titan oder Quecksilber)  Chemische Verbindungen entstehen durch chemische Reaktion von Atomen verschiedener Elemente  Die Atome verbinden sich in einfachen Zahlenverhältnissen  Bei chemischen Reaktionen erfolgt nur eine Umgruppierung der Atome, die Gesamtzahl jeder Atomsorte bleibt konstant  
• Wie ist ein Atom aufgebaut? Atome bestehen aus drei Elementarteilchen  o  Elektronen  e (Leicht Ladung -e) o  Protonen p (Schwer Ladung +e) o  Neutronen n (Schwer (ca Proton) keine Ladung) Radius gesamt: 10^-10m Kernradius: 10^-14 - 10^-15
• Was versteht man unter Nukliden, Isotopen Misch- und Reinelementen? Nuklid = durch Protonenzahl und Neutronenzahl charakterisierte Atomsorte Isotop = Nuklid mit verschiedener Neutronenzahl im Kern Mischelemente = Isotope existieren (meisten Elemente) Reinelemente = keine Isotope (Be, F, Na)
• Was sind Isobaren? Nuklide mit gleicher Nukleonenzahl, aber unterschiedlicher Protonenzahl
• Wie berechnet sich die Atommasse? Aus den Atommassen der Isotope unter Berücksichtigung der natürlichen Isotopenhäufigkeit Bsp: 50 V mit Atommasse von 49,9472 u und einem Anteil von 0,25 %   51 V mit Atommasse von 50,9440 u und einem Anteil von 99,75 %   Die Atommasse von Vanadium ist 50,9415 u 
• Wie entsteht Radioaktivität? Radioaktiver Zerfall ist eine spontane Kernumwandlung. Instabile Nuklide wandeln sich unter Aussendung  von  Kernbruchstücken,  Elementarteilchen  oder elektromagnetischer  Strahlung in andere Nuklide um.  Alle Elemente ab OZ 83,  43 Tc und  61 Pm sind radioaktiv 
• Wodurch kennzeichnen sich alpha-, beta- und gamma-Strahlung? (mit Kernreaktionsgleichung) alpha-Strahlung: Emmision ovn Helium Kernene, Reichweite 3,5 cm beta-Strahlung: Besteht aus ELektronenen, Reichweite 4m gamma-Strahlung: Bersteht aus energiereicher elektromagnetischer Strahlung, Reichweite nur durch sehr dichte Stoffe (Blei) begrenzt   Kernreaktionsgleichungen siehe Skript
• Was ist die Halbwertszeit? Maß für die Stabilität eines instabilen Nuklids. Innerhlab der Halbwertszeit zerfallen 50 % der Menge eines radioaktiven Nuklids. t 1/2 = ln2/Zerfallskonstante = 0,693/λ
• Was ist der Massendefekt? Die Atommasse eines Atoms ist kleiner als die Summe der Massen von Neutronen, Protonen und Elektronen.  Kernbindungsenergie wird frei = Massenabnahme durch E=mc^2  1u entspricht 931 MeV
• Was ist eine Zerfallsreihe? Das bei radioaktiver Umwandlung entstehende Elemente ist meist selbst radioaktiv und zerfällt weiter, so dass Zerfallsreihene entstehen. Am Endeder Zerfallsreihe  steht ein stablies Nuklid. Die Glieder haben entweder gleiche Nukleonenzahl (beta Zerfall Achtung Elektron kommt aus dem Kern) oder sie unterscheiden sich um 4 (Alpha-Zerfall)
• Wie viele Zerfallsreihen gibt es? Wie heißen sie? 4 Thoriumreihe Neptuniumreihe (nicht in der Natur vorkommend) Uran-Radium-Reihe Actinium-Uran-Reihe
• Was ist die 14C-Methode? Eine Methode zur Altersbestimmung bei archäologischen Problemen (Knochen, pflanzliche  Überbleibsel, carbonhaltige sedimente). "geologische Uhr", da der Zerfall nicht  durch Druck oder Temperatur beeinflusst wird.
• Wie entsteht 14C? Wie zerfällt es? Bildet sich in der oberen Atmosphäre aufgrund kosmischer Strahlung! Entstehung: 14/7 N + 1/0n --> 14/6C+1/1p Zerfall: 14/6 C --> 14/7 N + 0/-1 e + Antineutrino
• Welche Halbwertszeit hat 14 C? Wie berechnet man das Alter? t 1/2 = 5730 Jahre Über das Verhältnis von 14C zu 12C
• Wodurch kann man Kernreaktionen erzwingen? "künstliche Nuklide" Transmutation man beschießt Kerne mit  α-Teilchen (4/2 He)  Protonen (1/1 p)  Neutronen (1/0 n)  Deuteronen (2/1 D)
• Welche Beispiele zur Anwendung künstlicher Nuklide kennen Sie? Transurane genannt technisch wichtig ist vor allem Plutonium (Kernreaktoren)  künstliche radioaktive Isotope sind vor allem in der Diagnostik und für therapeutische Zwecke in der Medizin von Bedeutung  Untersuchung von Diffusionsvorgängen in Festkörpern  131 I als Tracer für Schilddrüsenfunktionsprüfung  226 Ra und  60 Co in der Strahlentherapie 
• Was beschreibt der Multiplikationsfaktor k bei Kernspaltungsreaktionen? k = die durchschnittliche pro Spaltung erzeuigte Zahl der Neutronen, durch die neue Kernspaltungen ausgelöst werden k=1 gesteuert k>1 ungestuert k<1 Kettenreaktion bricht zusammen
• Warum kann sowohl aus Kernspaltung als auch aus Kernfusion Energie gewonnen werden? Kernreaktion muss zur Erhöhung der Bindungsenergie pro Nukleon führen zur Zunahme des Massendefektes pro Nukleon führen  Kernfusion mit leichten Elementen  Kernspaltung mit schweren Elementen  Bei leichten Elementen ist die Energie größer die rauskommt als die die reingesteckt werden muss. Bei schweren Elemente genau andersrum bei der Spaltung wird Energie frei. Bei beiden Methoden wird aus Masse Energie gewonnen. 4 Wasserstoffkerne schwerer als ein He Kern --> Massendefekt Urankern schwerer als verbleibende Bruchstücke --> Massendefekt E=mc2
• Wie sind die leichten Elemente (bis 56 Fe) entstanden? Durch im innern von Sternene ablaufende Fusionsprozesse. Wasserstoffbrennen  Heliumbrennen bei massereichen Sternen (mehr als 8 Sonnenmassen) folgen noch Neonbrennen Sauerstoffbrennen Siliciumbrennen
• Wie sind die schwereren Elemente (bis 83 Bi) entstanden? Eisen (Fe) ist das Element mit der größten Kernbindungsenergie pro Nukleon. DIe auf Eisen folgenden Elemente entstehen durch Neutroneneanlagerung und anschließendem Beta-Zerfall. (S-Prozess = langsame Neutronenanlagerung)
• Wie entstehen sehr schwere Elemente wie 90 Th oder 92 U? Durch schnelle Neutroneneinlagerung (r-Prozess) nei Supernovaexplosion existiert ein großer Neutronenüberschuss + schnelle Anlagerung ohne Prozessunterbrechung durch beta-Zerfall. Darauf folgt dann langsamer Beta-Zerfall.
• Was versteht man unter dem Grundzustand und angeregtem Zustand eines Elektrons? Grundzustand: stabilster Zustand eines Atoms (niedrigste Energie) n =1 angeregter Zustand: n>1 (n=quantenzahl) Energie in Form von Licht zugeführt
• Was versteht man unter einem Lichtquant? Ganzzahliges Vielfaches vom kleinstem Energiepaket (Photon oder Lichtquant)
• Wie lautet die Planck-Einsteinsche Gleichung? E=h*c*1/λ E=Energie h=6,626*10-34 kg m2/s Planck Konstante C = Lichtgeschwindigkeit = 299792458 m/2  λ = Wellenlänge
• Wie lautet die Planck-Einsteinsche Gleichung? E=h*c*1/λ   E=Energie h=6,626*10-34 kg m2/s Planck Konstante C = Lichtgeschwindigkeit = 299792458 m/2  λ = Wellenlänge  
• Wie lässt sich die Wellenlänge einer Spektrallinie im Wasserstoffspektrum berechnen? 1/λ = R∞(1/n2-1/m2) R = 109737 1/cm Rydberg Konstante
• Welche Beziehung besteht zwischen Geschwindigkeit und Wellenlänge eines Elektrons? C = ν*λ (Schwingfrequenz * Wellenlänge)
• Welche Quantenzahlen sind zur Beschreibung des Zustandes eines Elektrons notwendig und wofür stehen sie? Hauptquantenzahl n : bestimmt die möglichen Energieniveus des Elektrons und damit die größe des Orbitals Nebenquantenzahl l: l <= n-1 Gestalt des Orbitals magnetische Quantenzahl ml : von -l bis +l Orientierung des Orbitals im Raum Spinquantenzahl ms: Drehung des Elektrons + oder - 1/2
• Was versteht man unter der Elektronenschale eines Elektrons? Zusammensetzung des Orbitals
• Was versteht man unter einem Atomorbital? Beschreibt die räumliche Verteilung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen
• Was besagen das Pauli-Verbot, die Hundsche Regel und das Gesetz vom Minimum der Energie? PAULI-Prinzip: Ein Atom darf keine Elektronen enthalten, die in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen jedes Orbital kann nur mit zwei Elektronen entgegengesetzten Spins besetzt werden die HUNDsche Regel  Orbitale einer Unterschale werden so besetzt, dass die Anzahl an Elektronen mit gleicher Spinrichtung maximal wird  Orbitale gleicher Energie erst einfach besetzen, dann doppelt   Gesetz vom Minimum der Energie  die Atomorbitale werden in der Reihenfolge wachsender Energie mit Elektronen aufgefüllt 
• Welcher Unterschied besteht zwischen den Hauptgruppenelementen und den Nebengruppenelementen in der Elektronenkonfiguration? Hauptgruppen  El.-Konfig. ändert sich von s 1  bis s 2 p 6   d- und f-Orbitale leer oder vollständig gefüllt  Nebengruppen  d- und f-Orbitale werden von s 2 d 1  bis s 2 d 10  aufgefüllt 
• Was bedeuten Elektronenaffinität und Elektronegativität? Elektronegativität (Fähigkeit eines Atoms, Bindungselektronen eines Moleküls anzuziehen)  steigt innerhalb einer Periode  sinkt innerhalb einer Gruppe  Elektronenaffinität (Energie, die bei der Aufnahme eines Elektrons durch ein isoliertes Atom umgesetzt wird)  kann exotherm und endotherm sein  ändert sich periodisch 
• Was ist die Ionisierungsenergie? Ionisierungsenergie (Energie, die nötig ist, um ein Elektron abzuspalten)  steigt innerhalb einer Periode. Zunehmende Kernladung zieht e –  stärker an.   hat innerhalb einer Periode lokale Maxima dort, wo Schalen halb/voll besetzt sind  sinkt innerhalb einer Gruppe. e –  jeder weiteren Schale sind schwächer gebunden 
• Was ist die Grundlage für die Systematik des Periodensystems? bei der Auffüllung der AO‘s mit e –  kommt es zu periodischen Wiederholungen gleicher Elektronenanordnungen auf der jeweils äußersten Schale  Elemente mit analoger Elektronenkonfiguration werden zu Gruppen zusammengefasst 
• In welche Großgruppen lassen sich die Elemente einteilen? nach Orbitalarten  Hauptgruppenelemente  Nebengruppenelemente  Lanthanoide & Actinoide   nach elektrischer Leitfähigkeit Metalle (> 80)  Halbmetalle (6)  Nichtmetalle (32) 
• Wie sind die Hauptgruppen des PSE benannt? Gruppe   Hauptgruppe   Bezeichnung     1   I Alkalimetalle     2   II   Erdalkalimetalle   13   III   Triele   14   IV   Tetrele   15   V   Pentele   16   VI   Chalkogene   17   VII   Halogene   18   VIII   Edelgase 

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